JP7280206B2 - semiconductor equipment - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to semiconductor devices.
例えば、トランジスタなどの半導体装置において、特性の向上が望まれる。 For example, semiconductor devices such as transistors are desired to have improved characteristics.
本発明の実施形態は、特性を向上できる半導体装置を提供する。 Embodiments of the present invention provide semiconductor devices with improved characteristics.
本発明の実施形態によれば、半導体装置は、半導体部材、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、導電部材、ゲート端子及び第1回路を含む。前記半導体部材は、第1部分領域を含みAlx1Ga1-x1N(0≦x1<1)を含む第1半導体層と、Alx2Ga1-x2N(0<x2≦1、x1<x2)を含む第2半導体層と、を含む。第1方向において前記導電部材の少なくとも一部と前記ゲート電極との間に、前記第1部分領域がある。前記ゲート端子は、前記ゲート電極と電気的に接続される。前記第1回路は、前記ゲート端子に印加されるゲート電圧に基づいて、前記ゲート電圧の極性に対して逆の極性を有する第1電圧を前記導電部材に印加可能である。 According to an embodiment of the invention, a semiconductor device includes a semiconductor member, a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, a conductive member, a gate terminal and a first circuit. The semiconductor member includes a first semiconductor layer including a first partial region and containing Al x1 Ga 1-x1 N (0≦x1<1); ), and a second semiconductor layer including The first partial region is between at least a portion of the conductive member and the gate electrode in a first direction. The gate terminal is electrically connected to the gate electrode. The first circuit can apply a first voltage having a polarity opposite to the polarity of the gate voltage to the conductive member based on the gate voltage applied to the gate terminal.
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Each embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each portion, the size ratio between portions, and the like are not necessarily the same as the actual ones. Even when the same parts are shown, the dimensions and ratios may be different depending on the drawing.
In the present specification and each figure, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with respect to the previous figures, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。
図1に示すように、実施形態に係る半導体装置110は、半導体部材25、ゲート電極51、ソース電極52、ドレイン電極53、導電部材15、ゲート端子Tg、及び、第1回路30を含む。半導体部材25、ゲート電極51、ソース電極52、ドレイン電極53、導電部材15は、トランジスタ10Tに含まれる。図1は、トランジスタ10Tの断面を例示している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the semiconductor device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, a
半導体部材25は、第1半導体層10及び第2半導体層20を含む。第1半導体層10は、第1部分領域10aを含む。第1半導体層10は、Alx1Ga1-x1N(0≦x1<1)を含む。第1半導体層10におけるAlの組成比は、例えば0.1以下である。第1半導体層10は、例えば、GaNを含む。
The
第2半導体層20は、Alx2Ga1-x2N(0<x2≦1、x1<x2)を含む。第2半導体層20におけるAlの組成比は、例えば、0.2以上0.5以下である。第2半導体層20は、例えば、AlGaNを含む。
The
この例では、基体10sが設けられる。基体10sは、例えば、シリコン基板である。基体10sと第1半導体層10との間に、バッファ層(例えば、図14に例示するバッファ層10B)が設けられても良い。例えば、基体10sの上にバッファ層が設けられる。バッファ層の上に第1半導体層10が設けられる。第1半導体層10の上に第2半導体層20が設けられる。
In this example, a
例えば、第1方向において導電部材15の少なくとも一部と、ゲート電極51との間に、第1半導体層10の第1部分領域10aがある。
For example, there is a first
第1方向は、例えば、第1半導体層10及び第2半導体層20の積層方向に対応する。第1方向を、Z軸方向とする。Z軸方向に対して垂直な1つの方向をX軸方向とする。Z軸方向及びX軸方向に対して垂直な方向をY軸方向とする。
The first direction corresponds to, for example, the stacking direction of the
この例では、導電部材15は、基体10s(例えばシリコン基板)の一部である。導電部材15は、第1方向(Z軸方向)と交差する平面(X-Y平面)に沿って広がる。第1方向(Z軸方向)において、導電部材15(基体10s)の一部と、ソース電極52と、の間に第1半導体層10の一部がある。第1方向において、導電部材15(基体10s)の別の一部と、ドレイン電極53と、の間に第1半導体層10の別の一部がある。
In this example, the
図1に示すように、ソース電極52からドレイン電極53への第2方向は、第1方向(Z軸方向)と交差する。例えば、第2方向は、X軸方向である。ゲート電極51の第2方向(例えば、X軸方向)における位置は、ソース電極52の第2方向における位置と、ドレイン電極53の第2方向における位置と、の間にある。
As shown in FIG. 1, the second direction from the
図1に示すように、例えば、第1半導体層10は、第2部分領域10b、第3部分領域10c、第4部分領域10d及び第5部分領域10eをさらに含む。第2部分領域10bからソース電極52への方向は、第1方向(Z軸方向)に沿う。第3部分領域10cからドレイン電極53への方向は、第1方向に沿う。
As shown in FIG. 1, for example, the
第1部分領域10aは、第2方向(例えば、X軸方向)において、第2部分領域10bと第3部分領域10cとの間にある。第4部分領域10dは、第2方向において、第2部分領域10bと第1部分領域10aとの間にある。第5部分領域10eは、第2方向において、第1部分領域10aと第3部分領域10cとの間にある。
The first
第2半導体層20は、第1半導体部分21及び第2半導体部分22を含む。第4部分領域10dから第1半導体部分21への方向は、第1方向(Z軸方向)に沿う。第5部分領域10eから第2半導体部分22への方向は、第1方向に沿う。
The
この例では、半導体装置110は、第1絶縁膜61をさらに含む。第1絶縁膜61の一部61pは、第1部分領域10aとゲート電極51との間にある。例えば、第1絶縁膜61の少なくとも一部は、第1部分領域10aとゲート電極51との間にある。第1絶縁膜61は、ゲート絶縁膜として機能する。第1絶縁膜61は、例えば、酸化シリコンを含む。
In this example, the
例えば、第1半導体層10の、第2半導体層20に近い部分にキャリア領域10Eが形成される。キャリア領域10Eは、例えば、2次元電子ガスである。半導体装置110は、例えばHEMT(High Electron Mobility Transistor)である。
For example, a
例えば、ソース端子Ts及びドレイン端子Tdが設けられても良い。ソース端子Tsは、ソース電極52と電気的に接続される。ドレイン端子Tdは、ドレイン電極53と電気的に接続される。
For example, a source terminal Ts and a drain terminal Td may be provided. Source terminal Ts is electrically connected to source
ゲート端子Tgは、ゲート電極51と電気的に接続される。ゲート端子Tgに印加される電圧に応じて、ソース端子Tsとドレイン端子Tdとの間に流れる電流が制御される。
Gate terminal Tg is electrically connected to
この例では、第1絶縁膜61の一部61pから第1半導体層10への方向は、第1方向(Z軸方向)に対して垂直である。例えば、ゲート電極51の少なくとも一部から第2半導体層20の少なくとも一部への方向は、第1方向(Z軸方向)に対して垂直である。半導体装置110は、ノーマリオフ動作が可能でも良い。実施形態において、ゲート電極51の少なくとも一部から第1半導体層10の少なくとも一部への方向は、第1方向に対して垂直でも良い。
In this example, the direction from the
図1に示すように、半導体装置110は、フィールドプレート52F、フィールドプレート54Fa、及び、フィールドプレート54Fbの少なくともいずれかを含んでも良い。これらのフィールドプレートの少なくともいずれかは、例えば、ソース電極52と電気的に接続される。例えば、半導体部材25とフィールドプレート52Fとの間にゲート電極51がある。例えば、ゲート電極51とフィールドプレート52Fとの間にフィールドプレート54Faがある。例えば、Z軸方向におけるフィールドプレート54Fbの位置は、Z軸方向におけるゲート電極51の位置と、Z軸方向におけるフィールドプレート52Fの位置と、の間にある。
As shown in FIG. 1, the
例えば、半導体装置110は、絶縁部材80をさらに含んでも良い。絶縁部材80は、ゲート電極51とソース電極52とを電気的に絶縁する。絶縁部材80は、ゲート電極51とドレイン電極53とを電気的に絶縁する。絶縁部材80は、ドレイン電極53とソース電極52とを電気的に絶縁する。絶縁部材80は、例えば、第1絶縁部材81及び第2絶縁部材82を含んでも良い。第1絶縁部材81は、ゲート電極51とフィールドプレート54Faとの間にある。第2絶縁部材82は、フィールドプレート54Faと、フィールドプレート52Fと、の間にある。絶縁部材80は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン及び酸化アルミニウムよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。
For example, the
第1回路30は、ゲート端子Tgに印加されるゲート電圧Vgに基づいて、第1電圧V1を導電部材15に印加可能である。第1電圧V1は、ゲート電圧Vgの極性に対して逆の極性を有する。
The
例えば、第1回路30は、第1端30a、第2端30b及び第3端30cを含む。第1端30aは、ゲート端子Tgと電気的に接続される。第2端30bは、導電部材15と電気的に接続される。第3端30cは、ソース端子Ts(すなわち、ソース電極52)と電気的に接続される。
For example, the
ソース電極52は例えばグランド電位に設定される。例えば、正極性のゲート電圧Vgから負極性の第1電圧V1が生成される。負極性の第1電圧V1が、ゲート電極51と対向する導電部材15に印加されることで、しきい値電圧が高くできる。
The
実施形態によれば、高いしきい値電圧が安定して得やすくなる。 According to the embodiment, it becomes easier to stably obtain a high threshold voltage.
例えば、導電部材15に印加される第1電圧V1が-10Vである場合に、導電部材15の電圧が0ボルトの時に比べて、約1V高いしきい値電圧が得られる。
For example, when the first voltage V1 applied to the
実施形態によれば、特性を向上できる半導体装置を提供できる。 According to the embodiments, it is possible to provide a semiconductor device with improved characteristics.
(第2実施形態)
第2実施形態は、図1に例示した第1回路30の1つの例に対応する。
図2は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。
図3は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する回路図である。
図2に示すように、実施形態に係る半導体装置120において、半導体部材25、ゲート電極51、ソース電極52、ドレイン電極53、導電部材15及びゲート端子Tgなどの構成は、半導体装置110における構成と同様である。以下、半導体装置120における第1回路30の例について説明する。
(Second embodiment)
The second embodiment corresponds to one example of the
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the semiconductor device according to the second embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating the semiconductor device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 2, in the
図2及び図3に示すように、第1回路30は、第1キャパシタンス41及び第1ダイオード31を含む。第1キャパシタンス41は、第1端部41a及び第2端部41bを含む。第1ダイオード31は、第1アノード31a及び第1カソード31cを含む。
As shown in FIGS. 2 and 3,
第1端部41aは、ゲート端子Tgと電気的に接続される。第2端部41bは、導電部材15及び第1アノード31aと電気的に接続される。第1カソード31cは、ソース電極52と電気的に接続される。
The
例えば、第1端部41aが、第1端30aに対応する。第2端部41bが、第2端30bに対応する。第1カソード31cが、第3端30cに対応する。
For example, the
このような構成を有する第1回路30は、ゲート電圧Vgから第1電圧V1を生成する。
The
図4(a)及び図4(b)は、第2実施形態に係る半導体装置の動作を例示するグラフ図である。
これらの図の横軸は、時間tmである。図4(a)の縦軸は、ゲート端子Tgに印加されるゲート電圧Vgである。図4(b)の縦軸は、導電部材15に印加される第1電圧V1である。
4A and 4B are graphs illustrating the operation of the semiconductor device according to the second embodiment.
The horizontal axis of these figures is time tm. The vertical axis of FIG. 4A is the gate voltage Vg applied to the gate terminal Tg. The vertical axis of FIG. 4(b) is the first voltage V1 applied to the
図4(a)に示すように、第1時刻t1に、ゲート電圧Vgは、第1電位E1から、第2電位E2に変化する。第2電位E2は、第1電位E1よりも低い。 As shown in FIG. 4A, the gate voltage Vg changes from the first potential E1 to the second potential E2 at the first time t1. The second potential E2 is lower than the first potential E1.
図4(b)に示すように、第1時刻t1に、第1電圧V1は、第3電位E3から、第4電位E4に変化する。この電位の変化は、第1キャパシタンス41に蓄積された電荷に基づく。第4電位E4は、第3電位E3よりも低い。第2電位E2及び第3電位E3は、例えば、グランド電位である。ゲート電圧Vgが正の第1電位E1からグランド電位になると、第1回路30から出力される第1電圧V1は、負の第4電位E4となる。
As shown in FIG. 4B, at the first time t1, the first voltage V1 changes from the third potential E3 to the fourth potential E4. This potential change is based on the charge stored in the
このように、ゲート電圧Vgが第1電位E1(高い電位)から第2電位E2(低電位)なったら、第1電圧V1は、第3電位E3から第4電位E4になる。導電部材15が負極性の第4電位E4になることで、高いしきい値電圧が得られる。
Thus, when the gate voltage Vg changes from the first potential E1 (high potential) to the second potential E2 (low potential), the first voltage V1 changes from the third potential E3 to the fourth potential E4. A high threshold voltage is obtained by setting the
実施形態においては、第1回路30は、ゲート電圧Vgから第1電圧V1を生成する。例えば、制御装置などが別途設けられる参考例と比べて、構成が簡単である。実施形態においては、簡単な構成で、高いしきい値を安定して得ることができる。
In an embodiment, the
図4(a)及び図4(b)に示すように、この例では、第1時刻t1以降では、第1電圧V1の極性は、ゲート電圧Vgの極性に対して反転する。例えば、第2時刻t2において、ゲート電圧Vgが第2電位E2から第1電位E1になる。第2時刻t2において、第1電圧V1は、第4電位E4から第3電位E3になる。例えば、ゲート電圧Vgがオン状態において、しきい値が戻り、低いオン抵抗が得られる。 As shown in FIGS. 4A and 4B, in this example, after the first time t1, the polarity of the first voltage V1 is inverted with respect to the polarity of the gate voltage Vg. For example, at the second time t2, the gate voltage Vg changes from the second potential E2 to the first potential E1. At the second time t2, the first voltage V1 changes from the fourth potential E4 to the third potential E3. For example, when the gate voltage Vg is in the ON state, the threshold returns and a low ON resistance is obtained.
このように、実施形態に係る1つの例において、ゲート電圧Vgが第2電位E2から第1電位E1になったら、第1電圧V1は、第4電位E4から第3電位E3になっても良い。 Thus, in one example according to the embodiment, when the gate voltage Vg changes from the second potential E2 to the first potential E1, the first voltage V1 may change from the fourth potential E4 to the third potential E3. .
実施形態において、導電部材15とゲート電極51との間に静電容量が生じる。この静電容量は、例えば、基体10s(シリコン基板)と、キャリア領域10Eと、の間の静電容量に対応する。
In embodiments, a capacitance is created between the
実施形態において、第1キャパシタンス41の第1静電容量は、導電部材15(例えば基体10sでも良い)とゲート電極51との間の静電容量の10倍以上であることが好ましい。これにより、第4電位E4を更に低くすることができ、高いしきい値電圧が得られる。
In embodiments, the first capacitance of the
図5は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。
図6は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する回路図である。
図5に示すように、半導体装置121において、半導体部材25、ゲート電極51、ソース電極52、ドレイン電極53、ゲート端子Tg及び第1回路30などの構成は、半導体装置120における構成と同様である。以下、半導体装置121における導電部材15の例について説明する。
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the semiconductor device according to the second embodiment.
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating the semiconductor device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 5, in the
図5に示すように、半導体装置121においては、導電部材15は、基体10s(例えばシリコン基板)から離れている。例えば、基体10sのうちで、ゲート電極51に対応する部分と、その他の部分と、の間の領域をエッチングなどにより除去することで、基体10sから分断された導電部材15が得られる。
As shown in FIG. 5, in the
または、基体10sのうちでゲート電極51に対応する部分を除去し、除去された部分に、別の導電層(金属層など)を設けることで、基体10sから分断された導電部材15が得られる。
Alternatively, a
半導体装置121においては、導電部材15が基体10sから離れているため、導電部材15とゲート電極51との間の静電容量Cx(図6参照)が小さくできる。これにより、静電容量Cxの電位が短時間で変化できる。第1キャパシタンス41の静電容量が小さくても、ゲート電圧Vgの変化に対するしきい値電圧の上昇の遅れが抑制できる。
In the
図7は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。
図7に示すように、半導体装置122において、半導体部材25、ゲート電極51、ソース電極52、ドレイン電極53、ゲート端子Tg及び第1回路30などの構成は、半導体装置120における構成と同様である。半導体装置122においても、導電部材15は、基体10s(例えばシリコン基板)から離れている。
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating the semiconductor device according to the second embodiment.
As shown in FIG. 7, in the
半導体装置122においては、導電部材15の厚さ(Z軸方向に沿う長さ)が、基体10sの厚さとは異なる。この例では、導電部材15の厚さは基体10sの厚さよりも薄い。このような半導体装置122は、例えば、基体10sのうちでゲート電極51に対応する部分を除去し、除去された部分に、別の導電層(金属層など)を設けることで、導電部材15が得られる。
In the
半導体装置121及び122において、第1キャパシタンス41の第1静電容量は、導電部材15とゲート電極51との間の静電容量Cxの10倍以上であることが望ましい。半導体装置121及び122においては、導電部材15が基体10sから離れているため、静電容量Cxを小さくし易い。第1静電容量が小さい場合でも、しきい値電圧の上昇の遅れを抑制できる。
In the
(第3実施形態)
第3実施形態は、図1に例示した第1回路30の1つの例に対応する。
図8は、第3実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。
図9は、第3実施形態に係る半導体装置を例示する回路図である。
図8に示すように、実施形態に係る半導体装置130において、半導体部材25、ゲート電極51、ソース電極52、ドレイン電極53、導電部材15及びゲート端子Tgなどの構成は、半導体装置110における構成と同様である。以下、半導体装置130における第1回路30の例について説明する。
(Third Embodiment)
The third embodiment corresponds to one example of the
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the semiconductor device according to the third embodiment.
FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a semiconductor device according to a third embodiment;
As shown in FIG. 8, in the
図8及び図9に示すように、第1回路30は、第1キャパシタンス41、第2キャパシタンス42、第1ダイオード31及び第2ダイオード32を含む。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
第1キャパシタンス41は、第1端部41a及び第2端部41bを含む。第2キャパシタンス42は、第3端部42c及び第4端部42dを含む。第1ダイオード31は、第1アノード31a及び第1カソード31cを含む。第2ダイオード32は、第2アノード32a及び第2カソード32cを含む。
The
第1端部41aは、ゲート端子Tgと電気的に接続される。第2端部41bは、第1アノード31a及び第2カソード32cと電気的に接続される。第1カソード31cは、ソース電極52と電気的に接続される。第2アノード32aは、導電部材15及び第3端部42cと電気的に接続される。第4端部42dは、ソース電極52と電気的に接続される。
The
このような第1回路30においても、ゲート電圧Vgから第1電圧V1が生成される。
In such a
図10(a)及び図10(b)は、第3実施形態に係る半導体装置の動作を例示するグラフ図である。
これらの図の横軸は、時間tmである。図10(a)の縦軸は、ゲート端子Tgに印加されるゲート電圧Vgである。図10(b)の縦軸は、導電部材15に印加される第1電圧V1である。
10A and 10B are graphs illustrating the operation of the semiconductor device according to the third embodiment.
The horizontal axis of these figures is time tm. The vertical axis of FIG. 10(a) is the gate voltage Vg applied to the gate terminal Tg. The vertical axis of FIG. 10(b) is the first voltage V1 applied to the
図10(a)に示すように、第1時刻t1に、ゲート電圧Vgは、第1電位E1から、第2電位E2に変化する。第2電位E2は、第1電位E1よりも低い。 As shown in FIG. 10(a), the gate voltage Vg changes from the first potential E1 to the second potential E2 at the first time t1. The second potential E2 is lower than the first potential E1.
図10(b)に示すように、第1時刻t1に、第1電圧V1は、第3電位E3から、第4電位E4に変化する。第4電位E4は、第3電位E3よりも低い。第2電位E2及び第3電位E3は、例えば、グランド電位である。ゲート電圧Vgが正の第1電位E1からグランド電位になると、第1回路30から出力される第1電圧V1は、負の第4電位E4となる。
As shown in FIG. 10B, at the first time t1, the first voltage V1 changes from the third potential E3 to the fourth potential E4. The fourth potential E4 is lower than the third potential E3. The second potential E2 and the third potential E3 are, for example, ground potentials. When the gate voltage Vg changes from the positive first potential E1 to the ground potential, the first voltage V1 output from the
このように、ゲート電圧Vgが第1電位E1(高い電位)から第2電位E2(低電位)なる第1時刻t1に、第1電圧V1は、第3電位E3から第4電位E4になる。これにより、高いしきい値電圧が得られる。 Thus, at the first time t1 when the gate voltage Vg changes from the first potential E1 (high potential) to the second potential E2 (low potential), the first voltage V1 changes from the third potential E3 to the fourth potential E4. This provides a high threshold voltage.
半導体装置130においては、第1時刻t1以降において、第1電圧V1は、第4電位E4を維持する。ゲート電圧Vgが第2電位E2から第1電位E1になったときに、第1電圧V1は、第4電位E4を維持する。第2時刻t2においても、第1電圧V1が負の第4電位E4を維持する。半導体装置130においては、ゲート電圧Vgの変化に対しての第1電圧V1の変化の遅れの影響が生じない。高いしきい値電圧がより安定して得られる。
In the
第2キャパシタンス42の第2静電容量は、第1キャパシタンス41の第1静電容量と実質的に同じでよい。例えば、第2静電容量は、第1静電容量の0.7倍以上1.3倍以下である。
The second capacitance of the
実施形態において、第2キャパシタンス42の第2静電容量は、導電部材15(例えば基体10sでも良い)とゲート電極51との間の静電容量の10倍以上であることが好ましい。これにより、第4電位E4を更に低くすることができ、高いしきい値電圧が得られる。
In embodiments, the second capacitance of the
図11は、第3実施形態に係る半導体装置を例示する回路図である。
図11に示すように、実施形態に係る半導体装置131において、第1回路30は、第1キャパシタンス41、第2キャパシタンス42、第1ダイオード31及び第2ダイオード32に加えて、電圧増幅回路35を含む。電圧増幅回路35は、入力端35a及び出力端35bを含む。入力端35aはゲート端子Tgと電気的に接続される。出力端35bは、第1端部41aと電気的に接続される。半導体装置131においては、増幅された第1電圧V1が導電部材15に印加できる。安定して高いしきい値が得られる。
FIG. 11 is a circuit diagram illustrating a semiconductor device according to the third embodiment;
As shown in FIG. 11, in a
図12は、第3実施形態に係る半導体装置を例示する回路図である。
図12は、電圧増幅回路35の例を示している。図12に示すように、ダイオードD1~D4、及び、キャパシタンスC01~C04を組み合わせることで、電圧増幅回路が得られる。入力電圧Viに基づいて、増幅された出力電圧Voが、得られる。
FIG. 12 is a circuit diagram illustrating a semiconductor device according to the third embodiment;
FIG. 12 shows an example of the
(第4実施形態)
図13は、第4実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。
図13は、模式的平面図である。図13に示すように、半導体装置140において、実装基板78eの上に第1回路30が設けられる。この例では、第1回路30は、第1ダイオード31及び第1キャパシタンス41を含む。例えば、実装基板78eの上に導電層78cが設けられる。導電層78cの上に、第1ダイオード31、第1キャパシタンス41及びトランジスタ10Tが設けられる。トランジスタ10Tは、半導体部材25、ゲート電極51、ソース電極52及びドレイン電極53(図1参照)を含む。トランジスタ10Tにおいて、ゲートパッド51P、ソースパッド52P及びドレインパッド53Pが設けられる。ゲートパッド51Pは、ゲート電極51と電気的に接続される。ソースパッド52Pは、ソース電極52と電気的に接続される。ドレインパッド53Pは、ドレイン電極53と電気的に接続される。
(Fourth embodiment)
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating the semiconductor device according to the fourth embodiment.
FIG. 13 is a schematic plan view. As shown in FIG. 13, in the
例えば、ゲートパッド51Pと第1キャパシタンス41とが、接続部材78aにより電気的に接続される。例えば、ソースパッド52Pと第1ダイオード31とが、接続部材78bにより電気的に接続される。導電層78cにより、第1キャパシタンス41と第1ダイオード31とが電気的に接続される。
For example, the
例えば、モールド樹脂78fにより、これらの電気部品が囲まれても良い。例えば、ゲート端子Tg、ソース端子Ts及びドレイン端子Tdが、モールド樹脂78fから露出しても良い。
For example, these electrical components may be surrounded by the
(第5実施形態)
第5実施形態において、ダイオード及びキャパシタンスが、トランジスタ10Tに含まれる材料により形成される。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, the diode and capacitance are formed by the material included in
図14は、第5実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図15及び図16は、第5実施形態に係る半導体装置を例示する模式的平面図である。 図14において、図15におけるA1-A2線断面及びA3-A4線断面が例示されている。図15において、図14のZ1-Z2線の位置における平面が図示されている。図16において、図14のZ3-Z4線の位置における平面が図示されている。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the fifth embodiment.
15 and 16 are schematic plan views illustrating the semiconductor device according to the fifth embodiment. 14 exemplifies the A1-A2 line cross section and the A3-A4 line cross section in FIG. In FIG. 15, a plane at the position of line Z1-Z2 in FIG. 14 is illustrated. In FIG. 16, the plane at the position of line Z3-Z4 in FIG. 14 is illustrated.
図14に例示する半導体装置151において、第1回路30として第1ダイオード31及び第1キャパシタンス41が設けられる。半導体装置151は、半導体装置120の1つの例に対応する。
In a
図15に示すように、半導体部材25において、アクティブ領域10A及び周辺領域10Pが設けられる。アクティブ領域10Aの周りに周辺領域10Pが設けられる。この例では、複数のゲート電極51、複数のソース電極52、及び、複数のドレイン電極53が設けられる。これらの領域は、アクティブ領域10Aの上において、Y軸方向に延びる。 ゲートパッド51P、ソースパッド52P及びドレインパッド53Pが、周辺領域10Pに設けられる。ゲートパッド51Pは、複数のゲート電極51と電気的に接続される。電気的接続は、例えば、ゲート配線71により行われる。ソースパッド52Pは、複数のソース電極52と電気的に接続される。電気的接続は、例えば、ソース配線72により行われる。ドレインパッド53Pは、複数のドレイン電極53と電気的に接続される。電気的接続は、例えば、ドレイン配線73により行われる。例えば、ゲート端子Tgが、ゲートパッド51Pと電気的に接続される。例えば、ソース端子Tsが、ソースパッド52Pと電気的に接続される。例えば、ドレイン端子Tdが、ドレインパッド53Pと電気的に接続される。
As shown in FIG. 15, the
図15に示すように、配線71cが、接続部材71vにより、ゲート配線71と電気的に接続される。配線72cが、ソース配線72と電気的に接続される。
As shown in FIG. 15, the
図14に示すように、配線71cと配線72cとの間に、第1絶縁部材81が設けられる。第1絶縁部材81、配線71c及び配線72cにより、第1キャパシタンス41が形成される。
As shown in FIG. 14, a first insulating
図14及び図16に示すように、配線72cの一部は、接続部材75vにより基体10s(導電部材15)と電気的に接続される。接続部材75vは、第1キャパシタンス41の第2端部41bに対応する。図14及び図16に示すように、この例では、導電部材15は、基体10sに対応する。
As shown in FIGS. 14 and 16, part of the
図14に示すように、配線72cの一部が、接続部材72vにより半導体部材25と電気的に接続される。接続部材72v、半導体部材25及びソース配線72により第1ダイオード31が形成される。接続部材72vが第1アノード31aに対応する。ソース配線72が第1カソード31cに対応する。
As shown in FIG. 14, part of the
このように、第1ダイオード31は、半導体部材25に含まれる半導体層25sを含んでも良い。
Thus, the
絶縁部材80(この例では、第1絶縁部材81)の一部80pは、ゲート電極51とソース電極52とを電気的に絶縁する。第1キャパシタンス41は、このような絶縁部材80(例えば、第1絶縁部材81)の別の一部80qを含んでも良い。
A
図14に示すように、半導体装置151のトランジスタ10Tは、第2絶縁膜62をさらに含んでも良い。第2絶縁膜62は、Z軸方向において、第1絶縁膜61の一部と第2半導体層20との間に設けられる。第2絶縁膜62は、例えば、半導体部材25の保護膜として機能しても良い。第2絶縁膜62は、例えば、窒化シリコンなどを含む。
As shown in FIG. 14, the
図17は、第5実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図18及び図19は、第5実施形態に係る半導体装置を例示する模式的平面図である。 図17において、図18におけるA1-A2線断面及びA3-A4線断面が例示されている。図18において、図17のZ1-Z2線の位置における平面が図示されている。図19において、図17のZ3-Z4線の位置における平面が図示されている。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the fifth embodiment.
18 and 19 are schematic plan views illustrating the semiconductor device according to the fifth embodiment. 17 exemplifies the A1-A2 line cross section and the A3-A4 line cross section in FIG. In FIG. 18, a plane at the position of line Z1-Z2 in FIG. 17 is illustrated. In FIG. 19, the plane at the position of line Z3-Z4 in FIG. 17 is illustrated.
図17に例示する半導体装置152において、第1回路30として第1ダイオード31及び第1キャパシタンス41が設けられる。半導体装置152は、半導体装置121の1つの例に対応する。以下、半導体装置152について、半導体装置151とは異なる部分の例について説明する。
In the
図17に示すように、半導体装置152において、導電部材15は、基体10sから離れている。例えば、図17及び図19に示すように、導電部材15と基体10sとの間に間隙15gが設けられている。
As shown in FIG. 17, in the
図17及び図19に示すように、接続部材75vの下部の導電部材15も、間隙15hにより、基体10sから分離されている。半導体装置152においては、静電容量Cx(図6参照)が小さくできる。
As shown in FIGS. 17 and 19, the
半導体装置152においても、第1絶縁部材81の一部80q、配線71c及び配線72cにより、第1キャパシタンス41が形成される。接続部材72v、半導体部材25及びソース配線72により第1ダイオード31が形成される。
Also in the
図20は、第5実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図21及び図22は、第5実施形態に係る半導体装置を例示する模式的平面図である。 図20において、図21におけるA1-A2線断面、A3-A4線断面、及び、A5-A6線断面が例示されている。図21において、図20のZ1-Z2線の位置における平面が図示されている。図22において、図20のZ3-Z4線の位置における平面が図示されている。
FIG. 20 is a schematic cross-sectional view illustrating the semiconductor device according to the fifth embodiment.
21 and 22 are schematic plan views illustrating the semiconductor device according to the fifth embodiment. In FIG. 20, A1-A2 line cross section, A3-A4 line cross section, and A5-A6 line cross section in FIG. 21 are illustrated. In FIG. 21, a plane at the position of line Z1-Z2 in FIG. 20 is illustrated. In FIG. 22, the plane at the position of line Z3-Z4 in FIG. 20 is illustrated.
図20に例示する半導体装置153において、第1回路30として、第1ダイオード31、第2ダイオード32、第1キャパシタンス41及び第2キャパシタンス42が設けられる。半導体装置153は、半導体装置130の1つの例に対応する。
In the
図20に示すように、配線72cと配線71cとの間に第1絶縁部材81の一部80rが設けられる。配線72dが、接続部材75vにより基体10s(導電部材15)と電気的に接続される。ソース配線72と配線72dとの間に、絶縁部材80の一部80qが設けられる。
As shown in FIG. 20, a
図20に示すように、第1キャパシタンス41は、第1絶縁部材81の一部80rを含む。第2キャパシタンス42は、第1絶縁部材81の一部80qを含む。第1ダイオード31は、半導体層25sの一部を含む。第2ダイオード32は、半導体層25sの別の一部を含む。
As shown in FIG. 20, the
実施形態によれば、特性を向上できる半導体装置を提供できる。 According to the embodiments, it is possible to provide a semiconductor device with improved characteristics.
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置に含まれる半導体部材、半導体層、電極、導電部材、基体、端子、絶縁部材、絶縁膜及び回路などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the invention is not limited to these specific examples. For example, specific configurations of elements such as semiconductor members, semiconductor layers, electrodes, conductive members, substrates, terminals, insulating members, insulating films, and circuits included in semiconductor devices are appropriately selected from ranges known to those skilled in the art. It is included in the scope of the present invention as long as the present invention can be implemented in the same manner and the same effect can be obtained by doing so.
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。 Any combination of two or more elements of each specific example within the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as it includes the gist of the present invention.
その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。 In addition, based on the semiconductor device described above as an embodiment of the present invention, all semiconductor devices that can be implemented by those skilled in the art by appropriately modifying the design also belong to the scope of the present invention as long as they include the gist of the present invention. .
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。 In addition, within the scope of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive of various modifications and modifications, and it is understood that these modifications and modifications also belong to the scope of the present invention. .
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
10…第1半導体層、 10A…アクティブ領域、 10B…バッファ層、 10E…キャリア領域、 10P…周辺領域、 10T…トランジスタ、 10a~10e…第1~第5部分領域、 10s…基体、 15…導電部材、 15g、15h…間隙、 20…第2半導体層、 21、22…第1、第2半導体部分、 25…半導体部材、 25s…半導体層、 30…第1回路、 30a~30c…第1~第3端、 31、32…第1、第2ダイオード、 31a、32a…第1、第2アノード、 31c、32c…第1、第2カソード、 35…電圧増幅回路、 35a…入力端、 35b…出力端、 41、42…第1、第2キャパシタンス、 41a、41b…第1、第2端部、 42c、42d…第3、第4端部、 51…ゲート電極、 51P…ゲートパッド、 52…ソース電極、 52F…フィールドプレート、 52P…ソースパッド、 53…ドレイン電極、 53P…ドレインパッド、 54Fa、54Fb…フィールドプレート、 61、62…第1、第2絶縁膜、 61p…一部、 71…ゲート配線、 71c…配線、 71v…接続部材、 72…ソース配線、 72c、72d…配線、 72v…接続部材、 73…ドレイン配線、 75v…接続部材、 78a、78b…接続部材、 78c…導電層、 78e…実装基板、 78f…モールド樹脂、 80…絶縁部材、 80p、80q、80r…一部、 81、82…第1、第2絶縁部材、 110、120~122、130、131、140、151~153…半導体装置、 C01~C04…キャパシタンス、 Cx…静電容量、 D1~D4…ダイオード、 E1~E4…第1~第4電位、 Td…ドレイン端子、 Tg…ゲート端子、 Ts…ソース端子、 V1…第1電圧、 Vg…ゲート電圧、 Vi…入力電圧、 Vo…出力電圧、 t1、t2…第1、第2時刻、 tm…時間 Reference Signs List 10 First semiconductor layer 10A Active region 10B Buffer layer 10E Carrier region 10P Peripheral region 10T Transistor 10a to 10e First to fifth partial regions 10s Substrate 15 Conductivity Members 15g, 15h Gap 20 Second semiconductor layer 21, 22 First and second semiconductor portions 25 Semiconductor member 25s Semiconductor layer 30 First circuit 30a to 30c First to Third terminal 31, 32 First and second diodes 31a, 32a First and second anodes 31c, 32c First and second cathodes 35 Voltage amplifier circuit 35a Input terminal 35b Output terminals 41, 42 First and second capacitances 41a, 41b First and second ends 42c, 42d Third and fourth ends 51 Gate electrode 51P Gate pad 52 Source electrode 52F Field plate 52P Source pad 53 Drain electrode 53P Drain pad 54Fa, 54Fb Field plate 61, 62 First and second insulating films 61p Partial 71 Gate Wiring 71c Wiring 71v Connection member 72 Source wiring 72c, 72d Wiring 72v Connection member 73 Drain wiring 75v Connection member 78a, 78b Connection member 78c Conductive layer 78e Mounting substrate 78f Mold resin 80 Insulating member 80p, 80q, 80r Partially 81, 82 First and second insulating members 110, 120 to 122, 130, 131, 140, 151 to 153 Semiconductor device C01 to C04 Capacitance Cx Electrostatic capacity D1 to D4 Diode E1 to E4 First to fourth potentials Td Drain terminal Tg Gate terminal Ts Source terminal V1 First voltage Vg... Gate voltage Vi... Input voltage Vo... Output voltage t1, t2... First and second time tm... Time
Claims (20)
ゲート電極と、
ソース電極と、
ドレイン電極と、
導電部材であって、第1方向において前記導電部材の少なくとも一部と前記ゲート電極との間に、前記第1部分領域がある、前記導電部材と、
前記ゲート電極と電気的に接続されたゲート端子と、
前記ゲート端子に印加されるゲート電圧に基づいて、第1電圧を前記導電部材に印加可能な第1回路と、
を備え、
前記ゲート電圧が正の第1電位から前記第1電位よりも低い第2電位になったら、前記第1電圧は、グランド電位の第3電位から負の第4電位になる、半導体装置。 A first semiconductor layer including a first partial region and including Al x1 Ga 1-x1 N (0≦x1<1) and a second semiconductor layer including Al x2 Ga 1-x2 N (0<x2≦1, x1<x2) a semiconductor member including a semiconductor layer;
a gate electrode;
a source electrode;
a drain electrode;
a conductive member, wherein the first partial region is between at least a portion of the conductive member and the gate electrode in a first direction;
a gate terminal electrically connected to the gate electrode;
a first circuit capable of applying a first voltage to the conductive member based on a gate voltage applied to the gate terminal;
with
The semiconductor device according to claim 1, wherein when the gate voltage changes from a positive first potential to a second potential lower than the first potential, the first voltage changes from a third potential of ground potential to a fourth negative potential.
第1端部及び第2端部を含む第1キャパシタンスと、
第1アノード及び第1カソードを含む第1ダイオードと、
を含み、
前記第1端部は、前記ゲート端子と電気的に接続され、
前記第2端部は、前記導電部材及び前記第1アノードと電気的に接続され、
前記第1カソードは、前記ソース電極と電気的に接続された、請求項1~4のいずれか1つに記載の半導体装置。 The first circuit is
a first capacitance including a first end and a second end;
a first diode comprising a first anode and a first cathode;
including
the first end is electrically connected to the gate terminal;
the second end is electrically connected to the conductive member and the first anode;
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said first cathode is electrically connected to said source electrode.
前記絶縁部材の一部は、前記ゲート電極と前記ソース電極とを電気的に絶縁し、
前記第1キャパシタンスは、前記絶縁部材の別の一部を含む、請求項6~8のいずれか1つに記載の半導体装置。 further comprising an insulating member,
a part of the insulating member electrically insulates the gate electrode and the source electrode;
9. The semiconductor device according to claim 6, wherein said first capacitance includes another portion of said insulating member.
第1端部及び第2端部を含む第1キャパシタンスと、
第3端部及び第4端部を含む第2キャパシタンスと、
第1アノード及び第1カソードを含む第1ダイオードと、
第2アノード及び第2カソードを含む第2ダイオードと、
を含み、
前記第1端部は、前記ゲート端子と電気的に接続され、
前記第2端部は、前記第1アノード及び前記第2カソードと電気的に接続され、
前記第1カソードは、前記ソース電極と電気的に接続され、
前記第2アノードは、前記導電部材及び前記第3端部と電気的に接続され、
前記第4端部は、前記ソース電極と電気的に接続された、請求項1~5のいずれか1つに記載の半導体装置。 The first circuit is
a first capacitance including a first end and a second end;
a second capacitance including a third end and a fourth end;
a first diode comprising a first anode and a first cathode;
a second diode comprising a second anode and a second cathode;
including
the first end is electrically connected to the gate terminal;
the second end is electrically connected to the first anode and the second cathode;
the first cathode is electrically connected to the source electrode;
the second anode is electrically connected to the conductive member and the third end;
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said fourth end is electrically connected to said source electrode.
第1端部及び第2端部を含む第1キャパシタンスと、
第3端部及び第4端部を含む第2キャパシタンスと、
第1アノード及び第1カソードを含む第1ダイオードと、
第2アノード及び第2カソードを含む第2ダイオードと、
入力端及び出力端と含む電圧増幅回路と、
を含み、
前記入力端は前記ゲート端子と電気的に接続され、
前記出力端は、前記第1端部と電気的に接続され、
前記第2端部は、前記第1アノード及び前記第2カソードと電気的に接続され、
前記第1カソードは、前記ソース電極と電気的に接続され、
前記第2アノードは、前記導電部材及び前記第3端部と電気的に接続され、
前記第4端部は、前記ソース電極と電気的に接続された、請求項1~5のいずれか1つに記載の半導体装置。 The first circuit is
a first capacitance including a first end and a second end;
a second capacitance including a third end and a fourth end;
a first diode comprising a first anode and a first cathode;
a second diode comprising a second anode and a second cathode;
a voltage amplifier circuit including an input end and an output end;
including
the input terminal is electrically connected to the gate terminal;
the output end is electrically connected to the first end;
the second end is electrically connected to the first anode and the second cathode;
the first cathode is electrically connected to the source electrode;
the second anode is electrically connected to the conductive member and the third end;
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said fourth end is electrically connected to said source electrode.
前記第1方向において前記導電部材の一部と前記ソース電極との間に前記第1半導体層の一部があり、
前記第1方向において前記導電部材の別の一部と前記ドレイン電極との間に前記第1半導体層の別の一部がある、請求項1~12のいずれか1つに記載の半導体装置。 the conductive member extends along a plane intersecting the first direction;
a portion of the first semiconductor layer is between a portion of the conductive member and the source electrode in the first direction;
13. The semiconductor device according to claim 1, wherein another part of said first semiconductor layer is between another part of said conductive member and said drain electrode in said first direction.
前記第1方向において前記基体の一部と前記ソース電極との間に前記第1半導体層の一部があり、
前記第1方向において前記基体の別の一部と前記ドレイン電極との間に前記第1半導体層の別の一部があり、
前記導電部材は、前記基体から離れている、請求項1~14のいずれか1つに記載の半導体装置。 further comprising a base;
a portion of the first semiconductor layer is between a portion of the substrate and the source electrode in the first direction;
another portion of the first semiconductor layer between another portion of the substrate and the drain electrode in the first direction;
15. The semiconductor device according to claim 1, wherein said conductive member is separated from said base.
前記ゲート電極の前記第2方向における位置は、前記ソース電極の前記第2方向における位置と、前記ドレイン電極の前記第2方向における位置と、の間にある、請求項1~15のいずれか1つに記載の半導体装置。 a second direction from the source electrode to the drain electrode intersects the first direction;
16. The position of the gate electrode in the second direction is between the position of the source electrode in the second direction and the position of the drain electrode in the second direction. 1. The semiconductor device according to 1.
前記第2部分領域から前記ソース電極への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第3部分領域から前記ドレイン電極への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第1部分領域は、前記第2方向において、前記第2部分領域と前記第3部分領域との間にあり、
前記第4部分領域は、前記第2方向において、前記第2部分領域と前記第1部分領域との間にあり、
前記第5部分領域は、前記第2方向において、前記第1部分領域と前記第3部分領域との間にあり、
前記第2半導体層は、第1半導体部分及び第2半導体部分を含み、
前記第4部分領域から前記第1半導体部分への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第5部分領域から前記第2半導体部分への方向は、前記第1方向に沿う、請求項16記載の半導体装置。 the first semiconductor layer includes a second partial region, a third partial region, a fourth partial region and a fifth partial region;
a direction from the second partial region to the source electrode along the first direction,
a direction from the third partial region to the drain electrode is along the first direction,
the first partial region is between the second partial region and the third partial region in the second direction;
the fourth partial region is between the second partial region and the first partial region in the second direction;
the fifth partial region is between the first partial region and the third partial region in the second direction;
the second semiconductor layer includes a first semiconductor portion and a second semiconductor portion;
a direction from the fourth partial region to the first semiconductor portion along the first direction,
17. The semiconductor device according to claim 16, wherein a direction from said fifth partial region to said second semiconductor portion is along said first direction.
前記第1絶縁膜の少なくとも一部は、前記第1部分領域と前記ゲート電極との間にある、請求項17記載の半導体装置。 further comprising a first insulating film;
18. The semiconductor device according to claim 17, wherein at least part of said first insulating film is between said first partial region and said gate electrode.
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